HPV16相關(guān)宮頸癌中PI3K/Akt自噬通路與HIF-1α的關(guān)系

吳桐桐，王志蓮

宮頸癌是全球第四大常見(jiàn)的惡性腫瘤，也是全球女性因惡性腫瘤死亡的第四大原因[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年宮頸癌新發(fā)病例中近1/3發(fā)生在中國(guó)，我國(guó)宮頸癌每年發(fā)病率高達(dá)7.5/10萬(wàn)，死亡率為3.4/10萬(wàn)[2]。據(jù)流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)宮頸癌的發(fā)病和死亡高峰年齡均呈年輕化趨勢(shì)，因此，在中國(guó)宮頸癌仍是重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題。盡管人乳頭瘤病毒（human papilloma virus，HPV）疫苗、宮頸癌癌前篩查、陰道鏡檢查、手術(shù)切除以及放化療顯著降低了宮頸癌病死率，但其5年生存率仍較低[3-4]，因此找出宮頸癌進(jìn)展中的關(guān)鍵事件和調(diào)節(jié)分子可能是實(shí)現(xiàn)宮頸癌精準(zhǔn)防治的關(guān)鍵。

持續(xù)的高危型人乳頭瘤病毒（high risk human papilloma virus，HR-HPV）感染是宮頸癌發(fā)生發(fā)展的高危因素，由于腫瘤的發(fā)生發(fā)展一般是多種生物因素共同作用的結(jié)果，單獨(dú)的HPV感染不足以導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展，因此進(jìn)一步探究宮頸癌發(fā)生發(fā)展的潛在細(xì)胞分子機(jī)制仍然是婦科腫瘤的研究熱點(diǎn)。自噬在介導(dǎo)病毒感染及腫瘤發(fā)生中也起著關(guān)鍵作用，有研究發(fā)現(xiàn)自噬和HPV之間相互作用密切，自噬紊亂可能有利于HPV感染及致瘤；HPV還利用細(xì)胞自噬促進(jìn)受感染的宮頸上皮細(xì)胞增殖，顯著促進(jìn)宮頸癌變發(fā)生[5]。缺氧是絕大多數(shù)惡性實(shí)體腫瘤的生存微環(huán)境，宮頸鱗狀細(xì)胞癌是宮頸癌最常見(jiàn)的病理類型，屬于實(shí)體腫瘤，缺氧是其主要的物理特征之一，而許多缺氧調(diào)控的基因受缺氧誘導(dǎo)因子1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）控制，HIF-1普遍存在于實(shí)體瘤中，只有在缺氧條件下才能穩(wěn)定表達(dá)，其可以調(diào)控糖代謝、血管生成和氧氣運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中一些蛋白質(zhì)的形成[6]。目前自噬和缺氧在宮頸癌發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的研究尚處于起步階段，現(xiàn)綜述宮頸癌中自噬的發(fā)生與缺氧的關(guān)系，以期為尋找治療HR-HPV相關(guān)宮頸癌的新靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。

1 HPV、HIF-1α、磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）自噬通路與宮頸癌

1.1 HPV16與宮頸癌HR-HPV持續(xù)感染是宮頸癌的主要原因[7]。HR-HPV感染能夠顯著促進(jìn)宮頸柱狀上皮細(xì)胞的病變并增加宮頸癌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，尤其當(dāng)患者有HPV16感染時(shí)，高級(jí)別宮頸上皮內(nèi)瘤變或?qū)m頸癌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)可進(jìn)一步上升[8]。HR-HPV包括16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59、68、73型，其中16、18型易侵犯鱗柱交界區(qū)。HPV16改變了細(xì)胞中與凋亡、黏附、轉(zhuǎn)移、血管生成和代謝相關(guān)的各種基因的表達(dá)[9]。HPV16 E6和E7癌蛋白對(duì)驅(qū)動(dòng)宮頸癌發(fā)生起關(guān)鍵作用。在復(fù)制病毒基因組的過(guò)程中，E6和E7可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞的所有特征，即不受控制的細(xì)胞增殖、血管生成、侵襲、轉(zhuǎn)移和不受限制的端粒酶活性，以及逃避凋亡和生長(zhǎng)抑制因子的活性。一些體外和異種移植研究還表明，在沒(méi)有E6和E7活性的情況下，癌細(xì)胞會(huì)衰老或發(fā)生凋亡，因此HPV16可通過(guò)E6、E7促進(jìn)癌細(xì)胞增殖[10]。此外，HPV16 E6、E7癌蛋白通過(guò)與調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝的分子[如p53、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白（retinoblastoma protein，pRb）、c-Myc和HIF-1α]的相互作用而有利于瓦博格效應(yīng)（Warburg effect）[11]。

1.2 HIF-1α與宮頸癌越來(lái)越多的研究表明，低氧是腫瘤微環(huán)境的重要標(biāo)志，腫瘤細(xì)胞的快速生成常需要消耗大量的ATP，造成局部缺氧。腫瘤低氧微環(huán)境能促進(jìn)腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，促進(jìn)腫瘤新生血管生成，減少細(xì)胞凋亡，影響細(xì)胞周期。HIF-1由α和β兩個(gè)亞單位組成（HIF-1α和HIF-1β），HIF-1β亞基在細(xì)胞質(zhì)中穩(wěn)定表達(dá)，HIF-1α是一種氧分壓感受器，同時(shí)也是主要的缺氧應(yīng)激轉(zhuǎn)錄因子。常氧狀態(tài)下HIF-1α易受泛素蛋白酶體系的降解，而缺氧時(shí)HIF-1α降解受抑制，導(dǎo)致其不斷積累，使癌細(xì)胞不斷適應(yīng)低氧微環(huán)境，為癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等過(guò)程提供條件[12]。因此，正常氧飽和度下的細(xì)胞中基本檢測(cè)不到HIF-1α亞基，而在缺氧狀態(tài)下，HIF-1α亞基的降解被抑制，α和β亞基形成有活性的HIF-1，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)調(diào)節(jié)多種蛋白的表達(dá)，如轉(zhuǎn)鐵蛋白（transferrin，TF）、己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）、含Jumonji結(jié)構(gòu)域（JMD1A）、鈣黏蛋白（cadherin，CDH）、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（glucose transporter 1，GLUT1）、重組人果糖二磷酸醛縮酶C （fructose-bisphosphate aldolase C，ALDO-C）、乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase-A，LDH-A）、丙酮酸激酶M2型（pyruvate kinase-M2，PKM2）、碳酸酐酶Ⅸ（carbonic anhydrase-Ⅸ，CAⅨ）和果糖-2,6-二磷酸酶4（PFKFB 4），這些蛋白介導(dǎo)腫瘤微環(huán)境的形成及癌癥的發(fā)生發(fā)展，如遺傳不穩(wěn)定性、葡萄糖代謝、pH值的調(diào)節(jié)及腫瘤血管生成、腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[11]。與HR-HPV相關(guān)的不同類型的癌癥中也能觀察到這些蛋白，包括HPV16相關(guān)宮頸癌[13]。在宮頸癌患者中，HIF-1α高表達(dá)不僅是缺氧的內(nèi)在生物學(xué)標(biāo)志，而且是腫瘤侵襲性、惡性進(jìn)展和預(yù)后的獨(dú)立指標(biāo)[14]。有研究表明，HIF-1α的過(guò)度表達(dá)會(huì)使接受宮頸癌根治性放療的患者對(duì)放療的反應(yīng)性減弱，預(yù)后不良。雖然針對(duì)HIF-1α的小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）已廣泛應(yīng)用于腫瘤的治療，以克服缺氧相關(guān)耐藥，但其臨床效果仍需進(jìn)一步研究和驗(yàn)證，尤其是在宮頸癌中[15]。

1.3 PI3K/Akt自噬通路與宮頸癌目前宮頸癌發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制尚未完全闡明。自噬普遍存在于大部分真核細(xì)胞中，維持體內(nèi)代謝平衡，促進(jìn)細(xì)胞在應(yīng)激反應(yīng)中存活。近年研究發(fā)現(xiàn)，自噬失調(diào)與宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展和治療有關(guān)[16]。PI3K/Akt通路是一條經(jīng)典的自噬通路，PI3K是細(xì)胞中的脂質(zhì)激酶家族，可被多種細(xì)胞因子激活，如表皮生長(zhǎng)因子（epidermal growth factor，EGF）、胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin-like growth factor，IGF） 和受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK），并轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇三磷酸（phosphatidylinositol，PIP3）。PIP3作為第二信使與Akt的PH域結(jié)合，Akt蛋白結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致Akt在細(xì)胞膜上聚集，激活的PI3K-Akt復(fù)合物進(jìn)一步激活其下游分子哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），從而抑制自噬[17]。有研究發(fā)現(xiàn)，宮頸癌患者的組織提取液中PI3K/Akt/mTOR蛋白水平明顯高于健康人和宮頸上皮內(nèi)瘤變患者，且宮頸癌患者的組織提取液中PI3K/Akt/mTOR的基因和蛋白表達(dá)水平隨腫瘤惡性程度的增加而升高。一些微小RNA（microRNA，miRNA），如miR-338和miR-149，可以通過(guò)這一信號(hào)通路調(diào)控宮頸癌的發(fā)生發(fā)展[18]。另有研究表明，PI3K信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間激活使宮頸癌患者對(duì)化療耐藥，預(yù)后不良[19]。因此，PI3K/Akt信號(hào)通路可能是宮頸癌潛在的治療靶點(diǎn)。

2 HPV16、HIF-1α和PI3K/Akt自噬通路在宮頸癌中的相互關(guān)系

2.1 HPV16感染增強(qiáng)了宮頸癌中HIF-1α的表達(dá)宮頸癌細(xì)胞中HPV16與HIF-1α是相互作用的，共同促進(jìn)宮頸癌的進(jìn)展。一方面，宮頸癌細(xì)胞的低氧微環(huán)境能強(qiáng)烈下調(diào)HPV16 E6和E7癌蛋白的表達(dá)，使其進(jìn)入可逆性增殖停滯期，這種休眠狀態(tài)有助于HPV16陽(yáng)性宮頸癌細(xì)胞的免疫逃逸和治療抵抗。另一方面，HPV16感染宮頸上皮細(xì)胞后，能增強(qiáng)HIF-1α的表達(dá)[20]。HPV16 E6和E7癌蛋白通過(guò)多種途徑調(diào)節(jié)HIF-1α。p53通過(guò)雙微體基因2（bimicrosomal gene 2）介導(dǎo)HIF-1α的泛素化降解，而E6癌蛋白可通過(guò)促進(jìn)p53的泛素化降解來(lái)提高HIF-1α的水平，進(jìn)一步激活其下游的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），促進(jìn)宮頸癌的血管生成[21]。另有研究發(fā)現(xiàn)，宮頸癌低氧微環(huán)境下，E6癌蛋白通過(guò)作用于HIF-1α和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子的上游效應(yīng)器——絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控蛋白激酶1/2（ERK1/2）增強(qiáng)HIF-1α蛋白的活性，形成一種具有更強(qiáng)遷移潛能的耐缺氧表型[22]。E6癌蛋白還可以阻礙HIF-1α與抗腫瘤血管三結(jié)構(gòu)域單鏈抗體（VH/L）結(jié)合，導(dǎo)致HIF-1α積累，從而促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞的Warburg效應(yīng)[23]。HPV16 E6和E7癌蛋白還可以通過(guò)抑制Ras家族糖尿病相關(guān)基因（RRAD）的表達(dá)上調(diào)磷酸化K基因結(jié)合核因子（pSer536）在細(xì)胞核中的表達(dá)水平，進(jìn)一步上調(diào)HIF-1α的表達(dá)[24]。也有證據(jù)表明，E6和E7可通過(guò)HIF-1α/VEGF途徑提高VEGF和其他血管生成因子（如白細(xì)胞介素8）的表達(dá)，促進(jìn)宮頸癌中的血管生成。因此推測(cè)，調(diào)節(jié)感染HPV16患者的HIF-1α表達(dá)或許能延緩宮頸癌的進(jìn)展[25]。

2.2 HPV16通過(guò)PI3K/Akt通路抑制細(xì)胞自噬目前研究顯示，自噬受抑制可促進(jìn)HPV生命周期和腫瘤進(jìn)展[5]。HPV是一種雙鏈DNA病毒，具有環(huán)狀基因組，編碼復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)化必需的早期基因E1、E2、E4、E5、E6和E7，以及編碼病毒衣殼蛋白的晚期基因L1和L2。HPV16顆粒與基底層角質(zhì)形成細(xì)胞表面的硫酸乙酰肝素蛋白多糖（heparan sulfate proteoglycans，HSPG）結(jié)合觸發(fā)L2衣殼蛋白的構(gòu)象變化，導(dǎo)致L2氨基末端一個(gè)裂解位點(diǎn)暴露，其蛋白水解促進(jìn)了病毒衣殼與角質(zhì)形成細(xì)胞膜上的次級(jí)受體的進(jìn)一步相互作用。在這種結(jié)合之后，HPV16通常被內(nèi)吞作用內(nèi)化。而HPV16顆粒的結(jié)合和內(nèi)化都是與宿主自噬密切相關(guān)的過(guò)程。HPV16感染宮頸上皮細(xì)胞與激活mTOR通路抑制自噬有關(guān)。尤其是與HPSG結(jié)合時(shí)，HPV16與存在于靶細(xì)胞質(zhì)膜上的表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）相互作用，使Akt磷酸化，人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN）失活，最終導(dǎo)致mTOR磷酸化和激活。一旦激活，mTOR可促進(jìn)mTOR復(fù)合物1（mTOR complex 1，MTORC1）、底物4E-BP1[elongation initiation factor (EIF)-4E binding protein 1，4E-BP1]和核糖體蛋白S6激酶1（ribosomal protein S6 kinase 1，S6K1）的磷酸化和激活，同時(shí)其去磷酸化UNC-51樣自噬激活激酶1（UNC-51-like kinase 1，ULK1），從而抑制自噬?？梢?jiàn)，HPV16通過(guò)PI3K/Akt/mTOR通路減少宿主的自噬反應(yīng)，利用其結(jié)合和內(nèi)化促進(jìn)的分子事件保護(hù)進(jìn)入的病毒粒子免受快速降解，從而延長(zhǎng)HPV16在受感染細(xì)胞內(nèi)的壽命[26]。因此，需要更多的研究來(lái)闡明自噬與病毒感染和腫瘤發(fā)展的關(guān)系，徹底了解這些分子機(jī)制對(duì)開(kāi)發(fā)新的抗病毒藥物和靶向治癌療法至關(guān)重要。

2.3 HIF-1α介導(dǎo)的促腫瘤生長(zhǎng)作用可能受其上游PI3K/Akt自噬通路調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞中的自噬對(duì)防止能量危機(jī)和維持饑餓期間的核苷酸儲(chǔ)備是必要的，通過(guò)三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環(huán)維持能量穩(wěn)態(tài)和核苷酸水平[27]。HIF-1α是由低氧誘導(dǎo)表達(dá)的一個(gè)重要的調(diào)節(jié)腫瘤生長(zhǎng)、代謝的轉(zhuǎn)錄因子，其除了通過(guò)泛素-蛋白酶體途徑降解，還可以通過(guò)細(xì)胞自噬途徑降解。已證實(shí)在一些腫瘤中，HIF-1α通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。PI3K/Akt信號(hào)通路通過(guò)激活mTOR下游效應(yīng)分子p70S6K1調(diào)控VEGF和HIF-1α的表達(dá)，促進(jìn)肝癌的血管生成；B7-H3通過(guò)PI3K/Akt/mTOR途徑上調(diào)HIF-1α，促進(jìn)口腔鱗癌中的糖酵解[28]；鹽誘導(dǎo)激酶2（salt-induced kinase 2，SIK2）通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路上調(diào)HIF-1α的表達(dá)，直接上調(diào)主要糖酵解基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而促進(jìn)卵巢癌的發(fā)展[29]。Akt還通過(guò)激活下游mTOR基因表達(dá)誘導(dǎo)Warburg效應(yīng)，導(dǎo)致HIF-1α的積累[30]。有研究發(fā)現(xiàn)，宮頸癌中的核因子90通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路調(diào)節(jié)HIF-1α/VEGF的表達(dá)，促進(jìn)宮頸癌血管生成[31]。因此，探討宮頸癌中PI3K/Akt信號(hào)通路及HIF-1α的表達(dá)意義，有助于為治療宮頸癌的新靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。

3 HPV16通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路增強(qiáng)HIF-1α的表達(dá)，促進(jìn)宮頸癌的進(jìn)展

HPV16陽(yáng)性宮頸癌細(xì)胞中PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路、HPV16 E6/E7癌蛋白之間存在復(fù)雜的相互作用，這些都依賴于細(xì)胞的代謝和氧合狀態(tài)[4]。細(xì)胞內(nèi)的缺氧環(huán)境使HIF-1α蛋白穩(wěn)定表達(dá)，激活下游的DNA損傷反應(yīng)調(diào)節(jié)基因1（REDD1），抑制mTORC1，使HPV16陽(yáng)性宮頸癌細(xì)胞逃避mTORC1信號(hào)引起的衰老。有研究表明缺氧條件下，HPV16的AA亞系變異體和E6癌蛋白的E-G350變異體可激活PI3K/Akt通路，抑制自噬，正向調(diào)節(jié)GLUT1、GLUT4的表達(dá)和葡萄糖攝取來(lái)獲得營(yíng)養(yǎng)[32]。E6癌蛋白中存在E-A126（R8Q）、E-G131（R10G）、E-G350（L83V）和E-T245（R48W）突變的HPV16變異體，它們激活Wnt信號(hào)通路，Wnt/β連環(huán)蛋白途徑調(diào)節(jié)RTK的激活，從而激活PI3K/Akt通路抑制自噬，導(dǎo)致HIF-1α蛋白的積累，引發(fā)Warburg效應(yīng)，使細(xì)胞質(zhì)內(nèi)丙酮酸增加，進(jìn)入TCA循環(huán)并轉(zhuǎn)化為能量[33]。由此可見(jiàn)，在缺氧條件下HPV16通過(guò)介導(dǎo)PI3K/Akt途徑獲得營(yíng)養(yǎng)[34]。在HPV16相關(guān)宮頸癌中，HPV16 E6和E7癌蛋白通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路抑制細(xì)胞自噬，導(dǎo)致HIF-1α積累，從而誘導(dǎo)VEGF表達(dá)、巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子（macrophage migration inhibition factor，MIF）分泌和幾種糖酵解酶的表達(dá)，如PKM2、LDH 和單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（monocarboxylate transporters 4，MCT4）[35]。而作為免疫系統(tǒng)抑制因子的MIF分泌的增加，以及通過(guò)Warburg效應(yīng)產(chǎn)生的乳酸，可能導(dǎo)致親腫瘤微環(huán)境的發(fā)生。VEGF的表達(dá)與低度宮頸上皮內(nèi)瘤變和宮頸早期浸潤(rùn)癌有關(guān)[14]。由此推測(cè)，HPV16可以誘導(dǎo)宮頸癌細(xì)胞中HIF-1α蛋白的積累，促進(jìn)宮頸癌進(jìn)展，這可能是通過(guò)PI3K/Akt自噬通路實(shí)現(xiàn)的。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

在HPV16相關(guān)宮頸癌中，HPV16可以通過(guò)PI3K/Akt通路抑制自噬，誘導(dǎo)HIF-1α蛋白積聚，進(jìn)而誘導(dǎo)MIF分泌、幾種糖酵解酶及VEGF的表達(dá)，促進(jìn)宮頸癌的進(jìn)展，提示HIF-1α及其上游PI3K/Akt信號(hào)通路可作為治療HPV16相關(guān)宮頸癌的潛在靶點(diǎn)。然而自噬與宮頸癌的發(fā)生發(fā)展關(guān)系非常復(fù)雜，PI3K/Akt信號(hào)通路在宮頸癌中調(diào)節(jié)自噬的作用取決于腫瘤階段、組織類型以及致癌基因突變等眾多因素，因此深入研究自噬在宮頸癌發(fā)生發(fā)展中的具體作用機(jī)制有很高的研究?jī)r(jià)值。相信在不久的將來(lái)，以自噬為靶點(diǎn)的分子生物治療的研究可以獲得突破，為宮頸癌的靶向治療提供一個(gè)新的靶點(diǎn)。